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高中物理第一章静电场1.9带电粒子在电场中的运动课件新人教选修3_11

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9 带电粒子在电场中的运动 学*目标 1.知道带电粒子在电场 中加速和偏转的原理 2.理解带电粒子在匀强 电场中的运动规律,能 够分析和计算加速和 偏转的问题 3.了解示波管的工作原 理,体会静电场知识对 科学技术的影响 思维导图 读一读·思一思 辨一辨·议一议 一、带电粒子的加速 阅读教材第33页“带电粒子的加速”部分,会用动能定理求带电粒 子在电场中获得的速度。 1.带电粒子(不计重力)沿电场方向射入匀强电场时,带电粒子做 什么运动? 答案:带电粒子所受的静电力与运动方向在一条直线上,可能是 匀加速运动,也可能是匀减速运动。 2.质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)在电场强度为E的 匀强电场中由静止释放,运动时间t时,速度多大(请用牛顿定律求 解)? 答案:由牛顿第二定律qE=ma和v=at,可得 v=t。 读一读·思一思 辨一辨·议一议 3.质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)在电场强度为E的 匀强电场中由静止释放,运动距离L时,速度多大(请用动能定理求 解)? 答案:由动能定理 qEL=12mv2,可得 v= 2。 读一读·思一思 辨一辨·议一议 二、带电粒子的偏转 阅读教材第34~35页“带电粒子的偏转”部分,了解什么是带电粒 子的偏转,初步理解带电粒子偏转的处理方法。 1.带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,你认为 这种情况同哪种运动类似,请说明粒子的运动性质。 答案:带电粒子受到与初速度方向垂直的恒力作用,类似于力学 中的*抛运动,它的运动是一种匀变速曲线运动。 2.带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,为了研 究带电粒子的运动,应如何分解? 答案:将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力方向进行分解:(1) 沿初速度方向的分运动为匀速直线运动。(2)沿静电力方向的分运 动为初速度为零的匀加速直线运动。 读一读·思一思 辨一辨·议一议 三、示波管的原理 阅读教材第35~36页“示波管的原理”部分,了解示波管的基本构 造和原理。 1.示波器的核心部件是什么?它由哪几部分组成? 答案:示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃 壳,内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电 极(由偏转电极XX'和偏转电极YY'组成)和荧光屏组成。 2.请简述示波管的工作原理。 答案:灯丝被电源加热后,发射热电子,发射出来的电子经过加速 电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如在偏转电极YY'之间加 一个待显示的信号电压,在偏转电极XX'上加一仪器自身产生的锯 齿形电压,在荧光屏上就会出现待测信号在一个周期内随时间变化 的稳定图象了。 读一读·思一思 辨一辨·议一议 1.思考辨析。 (1)带电粒子在电场中一定做加速直线运动。 ( ) 解析:带电粒子在电场中只受静电力作用且速度为零或者是速度 方向和电场力方向相同时,带电粒子才做加速直线运动。 答案:× (2)当带电粒子的速度方向和电场力方向垂直时,带电粒子才做曲 线运动。 ( ) 解析:当带电粒子只受电场力作用,且带电粒子的速度方向和静 电力方向不在同一直线上时,带电粒子才做曲线运动。 答案:× 读一读·思一思 辨一辨·议一议 (3)带电粒子的偏转问题可用运动的合成和分解的方法解决。 () 解析:运动的合成和分解是解决曲线运动的常用方法,带电粒子 在电场中的偏转是曲线运动。 答案:√ (4)电子在电子枪中做加速直线运动。 ( ) 解析:根据示波管的原理可知,发射电子的灯丝发出的电子在加 速电极间做加速直线运动。 答案:√ 读一读·思一思 辨一辨·议一议 2.探究讨论。 (1)若电子的质量为m、电荷量为e,电子枪的加速电压为U,加速 后电子的速度能否由牛顿第二定律求解?应如何求? 答案:不能用牛顿第二定律求解,因为这里不是匀强电场,电场力 不是恒定的。由动能定理 qU=12mv2 得,v= 2。 (2)大量带电粒子,质量不同,带电荷量相同,以相同的速度垂直电 场进入并穿过同一个电容器,它们的运动时间相同吗?运动轨迹相 同吗? 答案:在水*方向上做匀速运动,由l=v0t知运动时间相同。不同 粒子在沿初速度方向上运动情况相同,在垂直初速度方向上运动情 况不同,故它们的运动轨迹不同。 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 带电粒子的加速 在真空中有一对*行金属板,由于接上电池组而带电,两板间电 势差为U,若一个质量为m、带正电荷q的粒子,以初速度v0从正极板 附*向负极板运动。 试结合上述情境讨论: (1)怎样计算它到达负极板时的速度? (2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0),将做匀减速直线运动,如果 能到达负极板,其速度如何? (3)上述问题中,两块金属板是*行的,两板间的电场是匀强电场, 如果两金属板是其他形状,中间的电场不再均匀,上面的结果是否 仍然适用?为什么? 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示:(1)由动能定理有:qU=12mv2-12 02,得 v= 2+02。 (2)由动能定理有:-qU=12mv2-12 02,得 v= 02-2。 (3)结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可 以用 W=qU 计算,动能定理仍然适用。 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子,一般都不考虑重力。 (2)质量较大的微粒:带电小球、带电油滴、带电颗粒等,除有说 明或有明确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力。 2.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 可以从动力学和功能关系两个角度分析如下: 动力学角度 功能关系角度 应用 知识 应用牛顿第二定律以及 匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 适用 条件 匀强电场,静电力是恒力 可以是匀强电场,也可以


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